五大連池矮曲林土壤微生物量碳、氮對(duì)季節(jié)變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征

姜明月, 張文天, 魏曉雪

1.黑龍江省科學(xué)院火山與礦泉研究所, 哈爾濱 150080 2.黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院, 哈爾濱 150001

五大連池矮曲林土壤微生物量碳、氮對(duì)季節(jié)變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征

姜明月1,2,*, 張文天1,2, 魏曉雪1,2

1.黑龍江省科學(xué)院火山與礦泉研究所, 哈爾濱 150080 2.黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院, 哈爾濱 150001

為今后更好了解矮曲林對(duì)五大連池風(fēng)景區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的影響, 比較老黑山主要矮曲樹種山楊、香楊和白樺的土壤微生物量的差異特征, 揭示其對(duì)微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)的影響, 選取了老黑山腳下熔巖臺(tái)地15個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行研究。結(jié)果表明: 矮曲林三種主要林型的土壤微生物生物量碳氮季節(jié)變化規(guī)律相似, 全年整體含量為微生物量碳香楊＜白樺＜山楊, 微生物量氮?jiǎng)t是山楊＜白樺＜香楊。白樺矮曲林土壤微生物量碳與其生物量氮呈顯著相關(guān)性(p＜0.05), 與土壤全氮呈現(xiàn)顯著相關(guān)性(p＜0.05)。山楊矮曲林土壤微生物量碳與其土樣有機(jī)碳和全氮呈高度負(fù)相關(guān)性(p＜0.05)。香楊矮曲林土壤微生物生物量碳與其土樣有機(jī)碳呈高度負(fù)相關(guān)性(p＜0.05), 與土壤全氮呈顯著負(fù)相關(guān)性(p＜0.05)。矮曲林土壤含水率四季變化不大, 涵養(yǎng)水源能力差, 微生物生物量呈現(xiàn)季節(jié)性動(dòng)態(tài)變化, 由此可見(jiàn), 不同植被型對(duì)土壤微生物量碳和氮有一定影響, 而含水率對(duì)其影響不大, 溫度變化對(duì)其有一定影響。

五大連池; 火山; 矮曲林; 土壤微生物生物量

1 前言

土壤微生物是聯(lián)系凋落物分解、養(yǎng)分元素C和N等的礦化及土壤與大氣C和N的交換等過(guò)程的關(guān)鍵, 其生長(zhǎng)活性對(duì)森林生態(tài)過(guò)程具有重要的調(diào)控作用[1]。它是森林生態(tài)系統(tǒng)中的重要分解者改善土壤健康狀況, 利于植物生長(zhǎng)和發(fā)育[2-4]。土壤微生物量可反映土壤同化和礦化能力的大小, 其參與生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)、有機(jī)質(zhì)分解等生態(tài)過(guò)程, 在陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)中發(fā)揮著重要作用[5-6]。土壤微生物數(shù)量和生物量受氣候、土壤和植被因子的顯著影響,即使在相同的氣候條件和土壤類型下, 不同植被下的土壤微生物仍然存在較大差異[7]。另外, 土壤微生物量的季節(jié)變化與環(huán)境因子以及植物生理生態(tài)特性息息相關(guān)[8]。水熱條件的季節(jié)變化影響土壤微生物量的周轉(zhuǎn)、養(yǎng)分的有效性以及植物對(duì)養(yǎng)分的利用[9]。國(guó)內(nèi)目前對(duì)土壤微生物研究集中在土壤微生物量碳氮含量和有機(jī)質(zhì)動(dòng)態(tài)關(guān)系[10-11]、不同生態(tài)系統(tǒng)土壤微生物生物量比較[12]等方面。水熱要素變化對(duì)土壤微生物生物量影響也有研究報(bào)道[13-14], 但都以室內(nèi)培養(yǎng)土壤或通過(guò)季節(jié)差異比較分析來(lái)確定溫濕度變化對(duì)土壤微生物生物量的影響, 田間條件下溫度和降水量變化對(duì)微生物量關(guān)系方面的研究卻不多。

五大連池-世界著名地質(zhì)公園, 位于中國(guó)東北部,氣候條件惡劣, 地質(zhì)變化豐富。老黑山為本地新期火山的典型代表, 巖漿流經(jīng)形成的熔巖臺(tái)地土壤十分貧瘠, 故而植物只有改變自身形態(tài)才能在這種特殊的生境中生存, 矮曲林是本地區(qū)植物進(jìn)化的突出范例[15], 尤其以香楊、山楊和白樺的矮曲程度最為顯著。矮曲林作為老黑山生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分,影響著火山生態(tài)恢復(fù)的進(jìn)程, 而矮曲林土壤微生物方面的研究當(dāng)前還是罕見(jiàn)報(bào)導(dǎo)的。本文選擇對(duì)矮曲林表層土壤微生物進(jìn)行研究, 發(fā)現(xiàn)不同生境下生物量碳、氮含量及其季節(jié)變化規(guī)律, 探討影響土壤微生物生物量碳氮季節(jié)變化的主要環(huán)境因子, 為探索本地區(qū)熔巖臺(tái)地這一特殊的生態(tài)系統(tǒng)變化提供理論支撐, 為本地區(qū)環(huán)境保護(hù)提供依據(jù)。

2 研究區(qū)概況與研究方法

2.1 研究地點(diǎn)概況

五大連池風(fēng)景區(qū)是中國(guó)最典型和最完整的近代火山噴發(fā)遺跡, 已獲得“世界地質(zhì)公園”、“世界生物圈保護(hù)區(qū)”、“中國(guó)礦泉城”等稱號(hào), 位于黑龍江省北部地區(qū), 地理坐標(biāo)為北緯 48°30′—48°51′、東經(jīng)126°00′—126°25′, 屬于寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候, 低溫冷濕, 年平均氣溫0 ℃左右, 年平均降水量在500毫米, 無(wú)霜期119天。

五大連池風(fēng)景區(qū)最近一次火山爆發(fā)而形成的老黑山和火燒山, 噴發(fā)于 1719—1721年, 距今僅 270年, 地質(zhì)地貌保存完好, 熔巖流動(dòng)景象清晰, 地貌復(fù)雜多樣, 形態(tài)各異, 面積達(dá) 64平方公里, 奇麗壯觀。熔巖臺(tái)地生境特殊, 近年來(lái)受人為因素影響越來(lái)越大, 了解此處微生物生物量的變化, 有利于預(yù)警此處的生態(tài)變化、保護(hù)環(huán)境。

2.2 研究方法

2.2.1 樣品的采集

本研究的樣地設(shè)置在老黑山腳下, 以熔巖臺(tái)地山楊、香楊和白樺三種主要林型為研究對(duì)象, 每種森林類型設(shè)置5塊固定樣地, 每塊樣地間相隔10 m以上。本次試驗(yàn)采樣時(shí)間是2015年3、6、9、11月,采樣時(shí), 先去除地表面凋落物, 采得0—10 cm土層,然后將每種林型采集的 5個(gè)樣進(jìn)行混和后, 及時(shí)裝入自封袋帶回實(shí)驗(yàn)室, 取部分放入冰箱4 ℃下保存,供土壤微生物生物量的測(cè)定, 剩余部分風(fēng)干后過(guò) 2 mm篩, 用于土壤指標(biāo)測(cè)試。

2.2.2 土壤有機(jī)質(zhì)及全氮的測(cè)定

土樣基本理化性質(zhì)的測(cè)定用常規(guī)分析方法[16]:土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法,土壤全氮測(cè)定采用半微量凱氏法。

土壤有機(jī)質(zhì)(g·kg-1)=C·5·(V0-V) ·10-3·3.0·1.1·103·(m·V0)-1式中:C為0.8 mol·L-1(1/6 K2Cr2O7)標(biāo)準(zhǔn)液的濃度; 5為重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)液加入的體積(mL);V0為滴定空白所用FeSO4體積(mL);V為滴定樣品所用FeSO4體積(mL);3.0為四分之一碳原子的摩爾質(zhì)量(g·mol-1); 10-3將mL轉(zhuǎn)化為L(zhǎng); 1.1為氧化校正系數(shù);m為風(fēng)干土質(zhì)量。

土壤全氮(g·kg-1)=C·14.0·(V0-V) ·10-3·103·m-1式中:C為0.01 mol·L-1(1/2 H2SO4)標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度;V0為滴定空白所用酸體積(mL);V為滴定樣品所用酸體積(mL); 14.0為氮原子的摩爾質(zhì)量(g·mol-1); 10-3將mL轉(zhuǎn)化為L(zhǎng);m為風(fēng)干土質(zhì)量。

2.2.3 土壤微生物生物量碳和氮的測(cè)定

土壤微生物量C、N采用氯仿熏蒸浸提法測(cè)定[17]。提取液中C的測(cè)定用重鉻酸鉀-硫酸消煮, 硫酸亞鐵滴定法, N的測(cè)定采用凱氏消煮法。微生物量C、N的計(jì)算, 見(jiàn)公式(1)、(2)。

式中:EC、EN分別表示熏蒸與未熏蒸土壤提取液中所測(cè)C、N含量之差,KEC、KEN分別表示微生物量C、N浸提測(cè)定的比例, 數(shù)值分別為0.38、0.54。

微生物生物量商(%)用公式: qMB=MBC·SOC-1

式中,MBC為土壤微生物量碳,SOC為土壤有機(jī)碳。

2.2.4 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和運(yùn)算采用 Excel 2010 軟件與SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件, 相關(guān)性分析用Pearson 相關(guān)分析,檢驗(yàn)相同條件下土壤微生物碳氮生物量的相關(guān)性。

3 結(jié)果與分析

3.1 三種林型土壤理化性質(zhì)比較

如表1所示, 老黑山熔巖臺(tái)地的白樺矮曲林土壤有機(jī)碳呈現(xiàn)連續(xù)上升趨勢(shì), 而土壤全氮含量第一季度呈現(xiàn)最高值, 在第二季度急劇下降, 三、四季度呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)。山楊矮曲林土壤有機(jī)碳及全氮變化趨勢(shì)相似, 均在第二季度出現(xiàn)一個(gè)峰值, 不同的是土壤全氮的含量在第四季度超出前三個(gè)季度。香楊矮曲林土壤有機(jī)碳及全氮第一季度值為最低,第二季度出現(xiàn)峰值, 第三季度為轉(zhuǎn)折, 繼續(xù)在第四季度上升。三處林地含水率在第二季度達(dá)到最高,全年平均在1%—2%之間。

表1 矮曲林土壤理化性質(zhì)季節(jié)變化Tab.1 The physical and chemical properties of elfin forest soil at different seasons

在我們的研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn), 矮曲林地土壤有機(jī)碳及全氮整體含量低于本地區(qū)未經(jīng)過(guò)火山噴發(fā)后熔巖流經(jīng)的普通林地, 三種林地矮曲林土壤有機(jī)碳全年均值依次為 6.23g·kg-1、20.92g·kg-1和 37.13g·kg-1,而對(duì)應(yīng)的、未經(jīng)過(guò)火山噴發(fā)的林地土壤有機(jī)碳全年均值依次為 66.21g·kg-1、35.20g·kg-1和 51.01g·kg-1。相關(guān)研究表明, 黑土地土壤有機(jī)碳含量為 50—100 g·kg-1, 本地區(qū)非矮曲林的土壤有機(jī)碳基本達(dá)到這一范圍, 而熔巖臺(tái)地的矮曲林則普遍低于這一范圍很多。本研究中, 三種矮曲林的土壤全氮全年均值分別為 0.135g·kg-1, 0.148g·kg-1和 0.25g·kg-1, 對(duì)應(yīng)的、未經(jīng)過(guò)火山噴發(fā)的林地土壤全氮全年均值分別為2.48g·kg-1, 0.88g·kg-1和 1.85g·kg-1, 幾乎是矮曲林地土壤全氮的二倍。老黑山約在300年前噴發(fā), 熔巖流經(jīng)的地區(qū)生境恢復(fù)緩慢, 土壤含量低, 多數(shù)是火山灰與土壤的混合體, 涵養(yǎng)水源能力差, 全年土壤含水率均低于2%, 供給生物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)成分相對(duì)較少。

有學(xué)者對(duì)黑龍江帽兒山、北京東靈山等十二處有地域特點(diǎn)的森林土壤進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn): 不同地點(diǎn)表層土壤有機(jī)碳平均含量為 38.79 g·kg-1, 其中樟木鎮(zhèn)有機(jī)碳平均含量最大為 94.7 g·kg-1, 泰和含量最低為11.25 g·kg-1; 不同地點(diǎn)間土壤全氮含量有明顯差異, 其中樟木鎮(zhèn)最高為6.72 g·kg-1, 黑龍江帽兒山為 4.02 g·kg-1, 其他地點(diǎn)的全氮含量在 2.0 g·kg-1以下, 泰和的土壤全氮含量最低為0.86 g·kg-1[18]。然而,老黑山白樺矮曲林的土壤有機(jī)碳含量比含量最低的江西泰和還要少近二分之一, 而西藏樟木鎮(zhèn)土壤有機(jī)碳含量是香楊矮曲林的近三倍左右; 三種主要矮曲林土壤全氮整體要較其余地點(diǎn)的含量相差較大,含量最低的泰和土壤全氮是含量最高的香楊矮曲林的近3.5倍。如此差別可能是因?yàn)榛鹕絿姲l(fā)后, 熔巖流經(jīng)處土壤不存, 經(jīng)過(guò)三百年的恢復(fù), 成土還是相當(dāng)?shù)纳? 養(yǎng)分含量較低, 熔巖臺(tái)地上的樹林成長(zhǎng)形態(tài)矮曲, 與此有很大關(guān)系。

3.2 三種林型土壤微生物生物量碳、氮?jiǎng)討B(tài)研究

3.2.1 三種林型土壤微生物生物量碳、氮季節(jié)規(guī)律

如圖1所示, 矮曲林土壤微生物生物量碳季節(jié)變化規(guī)律相似, 三種主要矮曲林均在第二季度含量呈現(xiàn)波谷值, 分別是白樺矮曲林 74.74 μg·kg-1、山楊矮曲林 779.53 μg·kg-1和香楊矮曲林 207.87 μg·kg-1,第三季度呈現(xiàn)峰值, 分別是白樺矮曲林616.58 μg·kg-1、山楊矮曲林1556.61 μg·kg-1和香楊矮曲林445.08 μg·kg-1。香楊矮曲林土壤微生物生物量碳含量整體明顯較山楊矮曲林和白樺矮曲林土壤微生物生物量碳低, 山楊矮曲林土壤微生物生物量碳整體較其他兩種林型高。三種矮曲林第一、三季度生物量碳含量高于第二、四季度, 除第二季度外, 微生物量碳的水平為山楊矮曲林＞白樺矮曲林＞香楊矮曲林; 全年水平看,山楊矮曲林土壤微生物生物量碳浮動(dòng)比其他兩種林型劇烈, 這與林地所處坡向、不同林型提供的底物、土壤理化性質(zhì)和植被生長(zhǎng)狀況均有關(guān)系。

如圖2所示, 三種矮曲林土壤土壤微生物生物量氮季節(jié)變化整體呈“對(duì)號(hào)”趨勢(shì)。均在第二季度出現(xiàn)波谷值, 然后隨時(shí)間的持續(xù)而緩慢遞增, 第四季度達(dá)到含量最高值, 白樺矮曲林與香楊矮曲林第一高于第三季度生物量氮。香楊矮曲林土壤微生物生物量氮全年波動(dòng)最為明顯、劇烈, 在第二季度迅速下降到1.52 μg·kg-1, 而第四季度急劇上升至17.47 μg·kg-1, 均是三種矮曲林微生物量氮的最值。白樺矮曲林土壤微生物生物量氮整體含量比其他兩種高,含量在 4.95 μg·kg-1—10.11 μg·kg-1之間浮動(dòng)。山楊矮曲林土壤微生物生物量氮整體含量最低, 含量范圍是 2.33 μg·kg-1—4.54 μg·kg-1。

圖1 五大連池風(fēng)景區(qū)矮曲林土壤微生物生物量碳季節(jié)變化Fig.1 The seasonal variation of soil microbial biomass carbon in the elfin forest of Wudalianchi Scenic

圖2 五大連池風(fēng)景區(qū)矮曲林土壤微生物生物量氮季節(jié)變化Fig.2 The seasonal variation of soil microbial biomass nitrogen in the elfin forest of Wudalianchi Scenic

白樺矮曲林土壤有機(jī)碳含量呈現(xiàn)遞增狀態(tài), 而微生物量碳與其趨勢(shì)明顯不同, 呈現(xiàn)第二和四季度下降、第三季度上升; 土壤全氮和微生物量氮均為第二季度下降, 三四季度連續(xù)上升趨勢(shì)。山楊和香楊矮曲林的土壤有機(jī)碳和全氮呈現(xiàn)第二四季度上升,三季度下降, 然而與之對(duì)應(yīng)的微生物量碳趨勢(shì)相反,微生物量氮?jiǎng)t呈現(xiàn)三四季度連續(xù)上升趨勢(shì)。白樺矮曲林明顯與山楊和香楊矮曲林微生物量碳氮和土壤有機(jī)碳及全氮的季度變化規(guī)律不同, 這可能與不同植被的對(duì)土壤利用的方式不同有關(guān)。

3.2.2 土壤微生物量商

矮曲林土壤微生物量碳含量十分微小, 幾乎是其他森林土壤微生物量碳的千分之一, 因而土壤微生物量商也十分低。圖3是土壤微生物量商的季節(jié)變化, 與土壤微生物量碳趨勢(shì)相似, 白樺矮曲林的變化相對(duì)劇烈, 香楊矮曲林季節(jié)波動(dòng)較為平緩, 三種林型土壤微生物量商在0.00019—0.0396156之間變化, 整體含量為香楊＜山楊＜白樺的趨勢(shì)。

圖3 五大連池風(fēng)景區(qū)矮曲林土壤微生物量商季節(jié)變化Fig.3 The seasonal variation of soil microbial biomass and metabolic quotient in the elfin forest of Wudalianchi Scenic

3.3 三種林型土壤微生物生物量碳氮及土壤有機(jī)碳、全氮之間的關(guān)系

表2給出的 Pearson相關(guān)性系數(shù)可知(P＜0.05),顯著相關(guān)性, 與山楊、香楊矮曲林土壤微生物量碳和白樺、山楊矮曲林土壤微生物量氮呈現(xiàn)顯著相關(guān)性, 與香楊矮曲林土壤微生物量氮相關(guān)性低; 山楊矮曲林土壤微生物量碳與香楊矮曲林土壤微生物量碳高度相關(guān), 與其他因子相關(guān)性低; 白樺矮曲林土壤微生物量氮與山楊、香楊矮曲林土壤微生物量氮呈現(xiàn)高度相關(guān)性; 山楊、香楊矮曲林土壤微生物量氮呈現(xiàn)高度相關(guān)性。

表2 三種矮曲林微生物生物量之間Pearson相關(guān)系數(shù)Tab.2 The Pearson correlation coefficient among three kinds of microbial biomass from elfin forest

表3 三種矮曲林微生物生物量與土壤有機(jī)碳、全氮之間Pearson相關(guān)系數(shù)Tab.3 The Pearson correlation coefficient of microbial biomass to soil organic carbon and total nitrogen among three kinds of elfin forest

表3顯示(P＜0.05), 白樺矮曲林土壤微生物量碳與香楊矮曲林土壤全氮高度相關(guān); 山楊矮曲林土壤白樺矮曲林土壤微生物量碳與土壤微生物量氮呈現(xiàn)微生物量碳與白樺矮曲林土壤有機(jī)碳、香楊矮曲林土壤全氮呈顯著相關(guān), 與香楊矮曲林土壤有機(jī)碳和山楊矮曲林土壤全氮呈負(fù)的高度相關(guān); 香楊矮曲林土壤微生物量碳除了與香楊矮曲林土壤有機(jī)碳和山楊矮曲林土壤全氮呈現(xiàn)高度相關(guān)性外, 與其他因素均呈現(xiàn)顯著相關(guān)性; 白樺矮曲林土壤微生物量氮與香楊矮曲林土壤全氮呈負(fù)的顯著相關(guān); 山楊矮曲林土壤微生物量氮與白樺、山楊矮曲林土壤有機(jī)碳和香楊矮曲林土壤全氮展現(xiàn)顯著相關(guān)性; 香楊矮曲林土壤微生物量氮與白樺、山楊矮曲林土壤有機(jī)碳和高度相關(guān), 與山楊矮曲林土壤全氮顯著相關(guān)。

4 討論

有研究表明, 不同生態(tài)系統(tǒng)土壤微生物生物量的季節(jié)變化不同[19-20]而在同一生態(tài)系統(tǒng), 即使氣候條件相同、不同植被下土壤微生物生物量的季節(jié)變化也不同[21], 本研究的結(jié)果顯示三種矮曲林的微生物量變化趨勢(shì)雖然一致, 數(shù)量的差異確很大。第一季度時(shí), 土壤微生物量碳氮含量較高, 這是因?yàn)楸镜貐^(qū)此時(shí)處于冬春交替時(shí)期, 土壤溫度開始回升,土壤水分和養(yǎng)分開始供應(yīng), 土壤微生物開始活動(dòng),因而微生物生物量碳氮開始增加; 進(jìn)入第二季度,植物迅速萌發(fā)進(jìn)入生長(zhǎng)期, 需要從土壤中攝取大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì), 在一定程度上形成了與微生物間的營(yíng)養(yǎng)需求競(jìng)爭(zhēng), 致使微生物的營(yíng)養(yǎng)可獲得量降低, 限制了微生物的生長(zhǎng)和繁殖[22], 因而此時(shí)土壤微生物量碳氮含量均急劇降低; 第三季度, 由于地表植物相繼進(jìn)入衰亡期, 大量凋落物的輸入, 根系衰老以及碳水化合物由地上向地下的不斷轉(zhuǎn)移, 致使土壤中生物可利用的營(yíng)養(yǎng)增多, 土壤微生物量碳氮含量呈現(xiàn)增加趨勢(shì); 最后, 在第四季度時(shí), 由于土壤溫度迅速下降, 凋落物分解速率下降, 能源供應(yīng)不足,加之微生物活性迅速減弱, 微生物生物量碳呈下降狀態(tài), 這與尉海東等人[23]對(duì)魯東南楊樹人工林土壤微生物量碳的時(shí)空動(dòng)態(tài)的研究、邸雪穎等[24]對(duì)興安落葉松林土壤微生物量碳的研究、劉爽[25]對(duì)黑龍江五種溫帶森林土壤微生物生物量碳和王國(guó)兵[26]對(duì)北亞熱帶次生櫟林和火炬松人工林土壤微生物生物量碳的研究結(jié)果相似。

土壤微生物生物量碳、氮在土壤中的含量較大程度上代表著土壤活性有機(jī)碳和氮的儲(chǔ)量, 而微生物生物量商(qMB)是微生物生物量碳與土壤有機(jī)碳之比, 在不同土壤進(jìn)行比較時(shí), qMB參數(shù)可以避免由于土壤有機(jī)質(zhì)含量的差異而難以說(shuō)明的缺點(diǎn)[27]。微生物商的變化可反映土壤中有機(jī)質(zhì)的輸入量、微生物碳的轉(zhuǎn)化速率、土壤碳的流失以及土壤礦化部分的有機(jī)碳的穩(wěn)定性, 它以一種穩(wěn)定的形式變化,比微生物碳或有機(jī)碳單獨(dú)應(yīng)用有效, 可作為土壤質(zhì)量變化的一個(gè)有用指標(biāo)[28]。微生物生物量和商值可以反映土壤肥力狀況。原因是微物生物量碳和氮是土壤碳庫(kù)、氮庫(kù)中活性最高的有機(jī)成分, 易礦化, 周轉(zhuǎn)快[29]。矮曲林微生物量碳與商值、土壤有機(jī)碳也大致相似(白樺林除外), 這可能是由于矮曲林土壤含水量低, 土壤中的化學(xué)、生物過(guò)程不易完成, 導(dǎo)致土壤養(yǎng)分積累量少。

相關(guān)研究表明, 降水量直接影響土壤水分含量,土壤水分又直接影響土壤氣體交換、微生物養(yǎng)分供應(yīng)和溫度[30], 而本研究發(fā)現(xiàn), 矮曲林土壤含水率四季變化不大, 涵養(yǎng)水源能力差, 微生物量呈現(xiàn)季節(jié)性動(dòng)態(tài)變化, 由此可見(jiàn), 降水量變化對(duì)土壤有機(jī)碳和全氮含量影響不大, 溫度變化對(duì)其有一定影響,這與衡濤[31]對(duì)高寒草甸土壤的研究結(jié)果一致, 與其他一些結(jié)果不符, 這可能是因?yàn)橛绊懲寥牢⑸锏氖怯啥鄠€(gè)環(huán)境因子綜合作用產(chǎn)生的, 而且本研究?jī)H一年按季度四次采樣, 周期較短、跨度較大、測(cè)定的環(huán)境因素有限, 不能完全反映出期間的關(guān)系, 這需要進(jìn)一步的研究。

5 結(jié)論

(1)老黑山矮曲林的林下土壤有機(jī)碳和全氮有一定的差異性, 整體含量為白樺＜山楊＜香楊的趨勢(shì)。由于生態(tài)恢復(fù)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程, 老黑山成土量較低, 土壤養(yǎng)分低、涵養(yǎng)水源能力差, 導(dǎo)致土壤微生物生物量也較其他地區(qū)的含量低。

(2)老黑山矮曲林土壤微生物生物量碳氮季節(jié)變化規(guī)律相似, 微生物量碳全年整體含量為香楊＜白樺＜山楊, 均在第二季度含量呈現(xiàn)波谷值, 第三季度呈現(xiàn)峰值。第一、三季度生物量碳含量高于第二、四季度, 除第二季度外, 全年水平看, 山楊矮曲林土壤微生物生物量碳浮動(dòng)比其他兩種林型劇烈, 這與林地所處坡向、不同林型提供的底物、土壤理化性質(zhì)和植被生長(zhǎng)狀況均有關(guān)系。

微生物量氮?jiǎng)t是山楊＜白樺＜香楊, 季節(jié)變化整體呈“對(duì)號(hào)”趨勢(shì)。均在第二季度出現(xiàn)波谷值, 然后隨時(shí)間的持續(xù)而緩慢遞增, 第四季度達(dá)到含量最高值。香楊矮曲林土壤微生物生物量氮全年波動(dòng)最為明顯、劇烈, 均是三種矮曲林微生物量氮的最值。

微生物量商與微生物量碳的變化規(guī)律一致, 香楊＜山楊＜白樺。白樺矮曲林的波動(dòng)較為劇烈, 這與植物營(yíng)養(yǎng)型、土壤養(yǎng)分構(gòu)成等環(huán)境因素有關(guān)。

(3)白樺矮曲林土壤微生物生物量碳與其對(duì)應(yīng)的生物量氮呈顯著相關(guān)性(p＜0.05), 與其所在的土樣有機(jī)碳基本無(wú)相關(guān)性, 與土壤全氮呈現(xiàn)顯著相關(guān)性(p＜0.05)。山楊矮曲林土壤微生物生物量碳與其對(duì)應(yīng)的生物量氮幾乎無(wú)相關(guān)性, 與其所在的土樣有機(jī)碳和全氮呈高度負(fù)相關(guān)性(p＜0.05)。香楊矮曲林土壤微生物生物量碳與其對(duì)應(yīng)的生物量氮幾乎無(wú)相關(guān)性,與其所在的土樣有機(jī)碳呈高度負(fù)相關(guān)性(p＜0.05),與土壤全氮呈顯著負(fù)相關(guān)性(p＜0.05)。矮曲林土壤含水率四季變化不大, 涵養(yǎng)水源能力差, 微生物量呈現(xiàn)季節(jié)性動(dòng)態(tài)變化, 由此可見(jiàn), 降水量變化對(duì)土壤有機(jī)碳和全氮含量影響不大, 溫度變化對(duì)其有一定影響。

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The dynamic response characteristics of microbial biomass carbon and nitrogen in elfin forest soil to seasonal variation in Wudalianchi

JIANG Mingyue1,2,*, ZHANG Wentian1,2, WEI Xiaoxue1,2
1.Volcanoes and Mineral Springs Institute of Heilongjiang Academy of Sciences,Haerbin150080,China2.High-tech Institute of Heilongjiang Academy of Sciences,Haerbin150001,China

In this paper, 15 sampling points on the lava platform which at the foot of the Laoheishan Volcano were selected to investigate the affect of main elfin forest in Laoheishan, includingBetula patyphylla,Populus davidianaandPopulus koreana, on the microbial biomass carbon and nitrogen (MBC and MBN), as well as to compare the difference of MBC and MBN among different seasons.The results suggest that the MBC and MBN of the three main forest types from elfin forest exhibit a similar dynamic response to season variation.In addition, the values of MBC and MBN in the three main forest soil were different from each other.For MBC, it was in the order ofPopulus koreanaelfin forests ＜Betula platyphyllaelfin forests ＜Populus davidianaelfin forests, and for MBN,Populus davidiana＜Betula patyphylla＜Populus koreana.The values of MBC inBetula patyphyllaelfin forests are positively correlated with those of MBC and soil total nitrogen (TN) respectively (p＜0.05).The value of MBC inPopulus koreanaelfin forests was negatively correlated with that of soil organic carbon (SOC) and TN respectively(p＜0.05).The value of MBC inPopulus koreanaelfin forests was negatively correlated with that of SOC and TN respectively (p＜0.05).The soil moisture of elfin forest changed slightly during seasons.Meanwhile, the water holding capacity of the soils was weak and the microbial biomass varied obviously in different seasons.In short, the different vegetation types and temperature variation could affect MBC and MBN.In addition, the moisture content could affect MBC and MBN slightly.

Wudalianchi; volcano; elfin forest; soil microbial biomass

10.14108/j.cnki.1008-8873.2017.05.013

S154

A

1008-8873(2017)05-096-08

姜明月, 張文天, 魏曉雪.五大連池矮曲林土壤微生物量碳、氮對(duì)季節(jié)變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征[J].生態(tài)科學(xué), 2017, 36(5): 96-103.

JIANG Mingyue, ZHANG Wentian, WEI Xiaoxue.The dynamic response characteristics of microbial biomass carbon and nitrogen in elfin forest soil to seasonal variation in Wudalianchi[J].Ecological Science, 2017, 36(5): 96-103.

2016-08-08;

2016-09-10

姜明月(1987-6-11), 女, 黑龍江哈爾濱人, 碩士, 助理研究員, 主要從事環(huán)境生態(tài)學(xué)研究, E-mail: 736035905@qq.com

*通信作者:姜明月, 女, 碩士, 助理研究員 主要從事環(huán)境學(xué)研究, E-mail: 736035905@qq.com